中高纬度气压系统异常对东亚夏季风年代际变化的影响

中高纬度气压系统的异常对东亚夏季风年代际变化具有重要的影响。中蒙地区平均海平面气压和500hPa位势高度距平异常与东亚夏季风年代际变化的负相关系数分别达-0．67和-0．69,远远超过了99．9％信度。在中高纬度地区气压系统异常表现为距平低压的1960-1976年期间,东亚季风区盛行较强的偏南风,增强了东亚夏季风,造成华北地区多雨;而在中高纬度地区气压系统异常为距平高压时的1977-2000年,其东部的偏北风阻止了南来水汽的往北输送,减弱了东亚夏季风强度,使华北地区降水明显减少,江淮流域降水增多。100hPa位势高度的距平场呈偶极子型分布,表现为东高西低时东亚夏季风偏强,西高东低时东亚夏季风偏弱,这一现象在东亚夏季风年代际变化中的影响有待进一步深入研究。     

东亚夏季风与北太平洋SSTA关系的年代际变化特征及其机制研究

利用NCEP／NCAR提供的40年再分析资料和英国气象局提供的海温资料以及中国气象局整编的160站降水资料，分析了东亚夏季风以及我国华北夏季降水的年代际变化特征及其与北太平洋SSTA的关系，提出了东亚存季风在70年代中期发生显著变化，1976年前东亚夏季风偏强，受其影响华北地区夏季降水偏多，1976年以后，东亚转为弱夏季风阶段，华北地区进入少雨期，研究表明，1976年前北太平洋SSTA对大气作用显著，北太平洋海温异常对大圆波列会产生一种年际尺度的“刺激”作用叠加在年代际背景上，加强或减弱波列强度，造成强夏季风段结北夏季降水偏多气候态下的年际变化，1976年后，北太平洋地区海气温差小，海温对大气加热作用不明显，因此北太平洋海温异常通过大圆波列与东亚夏季风的联系也变得淡漠，对我国华北地区夏季降水的影响不再显著。     

东亚经圈环流年代际变化及对海河降水影响

基于NCEP/NCAR和ERA 40两套再分析资料及中国160个站月降水资料,分析了海河流域夏季降水的变化特征及受东亚夏季风的影响,并定义了东亚夏季经圈环流指数,研究了东亚夏季风的年际和年代际气候变化特征及与海河流域夏季降水的关系。结果表明：近30年来,夏季东亚地区对流层低层和高层的西风均呈现反位相的变化特征,同时东亚地区对流层低层南风分量异常减弱,中低纬度的经圈环流也呈现减弱趋势,夏季风的强度随之减弱,不利于夏季雨带向北推进。文中定义的东亚夏季经圈环流指数与海河流域夏季降水存在显著的正相关关系,说明经圈环流指数值越大,东亚经圈环流强度越强,利于夏季东亚季风向北推进,从而使海河流域夏季降水偏多。反之,当东亚夏季风偏弱时,东亚经圈环流也偏弱,不利于海河流域降水偏多。本文结果表明,东亚经圈环流的年代际减弱是海河流域近30年处于少雨期的一个直接原因。     

我国华北地区春季降水的年代际变化特征及其可能成因的探讨

利用我国160个台站1951~2000年逐月和华北地区80个台站逐日降水观测资料,分析了我国,特别是华北地区春季降水的年代际变化特征。分析结果表明:华北地区春季降水具有明显的年代际变化,1951~1965年华北地区春季降水略偏少,1966~1976年华北地区春季降水更加偏少,春旱较严重,1977~2000年为华北春季降水明显偏多,这时期5~6月降水比1966~1976年有明显增多;并且,分析结果也表明了华北地区和黄河流域春季降水存在着与夏季降水相反的年代际变化特征。另外,作者还利用欧洲中心ERA40资料集的1958~2000年月平均700 hPa风场再分析资料,分析了东亚上空春季700 hPa风场的年代际异常情况,从而来探讨华北地区春季降水年代际变化的成因。其分析结果表明:1965年以前,蒙古高原上空存在着明显的反气旋距平环流,我国华北地区有偏北风距平,这使得我国华北地区在1965年以前春季降水偏少;1966~1976年,我国华北地区仍为偏北风距平,且我国东部沿海到南海上空的偏北风距平增强,这使得华北地区春季降水进一步减少;1977~2000年,东亚上空700 hPa环流场发生了一个明显的变化,华北地区出现偏南风距平,且我国东部沿海到南海上空的偏南风距平增强,这使得我国南方暖湿气流易输送到华北地区,从而造成我国华北地区春季降水增加。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

中国主要城市带不同城市化率对东亚季风气候影响模拟研究

利用WRF V3.2.1模式,分别在京津冀、长三角和珠三角进行城市区域扩展,通过改变城市扩展区域的城市化率,模拟研究不同城市化率对东亚季风气候的影响。结果表明:城市化使得夏季华北地区降水偏少、华南地区降水偏多,即阻挡东亚夏季风向北方推进,从而减弱东亚夏季风。对气温的影响来看,在京津冀、长三角和珠三角地区进行大规模城市化,分别对同一纬度带上的华北、江淮和华南地区的气温变化影响最大。在京津冀试验组中的华北或珠三角试验组中的华南地区,在同一城市化率试验中,无论冬季还是夏季,其最高温的增幅基本大于最低温幅增幅;无论最低温还是最高温,其夏季气温增幅总是大于冬季增幅。而长三角试验组中的江淮地区,在同一长三角城市化率试验中,无论最高温或最低温,其夏季的气温增幅总是大于冬季。除了近地面气温,城市化会影响城市区域上空的气温和垂直运动,城市化率越高,城市拓展区上空的低层升温强度越强,升温延伸高度越高,差值上升运动愈加明显。季节差异上,城市拓展区上空的夏季升温强度比冬季强,高度也比冬季高,伴随的差值上升运动总体上夏季亦比冬季强。而从850 h Pa高度层平均风场的差值结果来看,夏季华北地区大都盛行差值偏北风,说明城市化使夏季风向北推进到华北地区的偏南风分量比城市化前减小,影响夏季风向北推进的能力和强度,不利于给华北地区带来更多的降水,造成华北地区偏旱;冬季时,大部分试验中华南地区上空始终有反气旋性差值环流,该差值环流北部的差值偏南风较强,说明城市化使冬季风向南侵袭到华南地区的偏北风分量比城市化前减小,不利于冬季风影响华南地区,一定程度上减弱了冬季风。     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

夏季风北边缘与沙尘暴的研究

使用1951—2000年相关资料,分析了夏季偏南风强度和夏季风北边缘、冬季风指数和春季偏北风以及沙尘暴的年际、年代际变化,并研究了它们的联系过程。结果表明,夏季风北边缘与沙尘暴、北边缘与冬季风和冬季风与沙尘暴的距平相关百分率分别是0.75,0.58和0.70,而且7~8月110°~120°E偏南风和12月~2月90°~100°E偏北风与3~5月90°~100°E偏北风的分析结果也相同。它们相互联系的过程是:夏季偏南风偏强(弱)—北边缘偏北(南)—冬季风偏强(弱)—冷空气偏强(弱)—春季偏北风偏强(弱)—沙尘暴偏多(少)。这些为沙尘暴的长期预测提供了一个新的事实依据。     

东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

Definition and Features of the North Edge of the East Asian Summer Monsoon

By using daily total precipitable water(TPW) amount from the ECMWF reanalysis(ERA-44a) data in 1958-2001,the north edge of the Asian sub-tropical summer monsoon is defined by a normalized precipitable water index(NPWI),and its climatology and interannual/interdecadal variability are examined.The results show that two monsoon systems(the Indian and East Asian monsoon systems) can be identified in terms of monsoon edge defined by the NPWI over Asia.The mean north edge goes in the west-east direction along ...     

华北夏季降水异常的变化及其与大气环流的联系

利用中国160站1951-2005年的逐月降水资料,以华北17站夏季降水异常为研究对象,在对其时空变化特征进行分析的基础上,探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征.研究结果表明,华北夏季降水在55a里总的趋势是减少的,该地区干旱化的趋势明显,华北夏季降水存在准3a、准6a、准8a的年际周期和17～19a的年代际振荡周期。在华北夏季降水异常的年份,其降水通常与江南和华南的呈现反位相。在低层850hPa,当贝加尔湖地区的东北气流、中南半岛的西南气流及青藏高原北侧的偏西气流较常年偏强时,华北夏季降水较常年偏多;中层500hPa,副热带高压较常年偏弱、偏北、偏西,冷空气偏强,低纬热带季风活跃,南方水汽也供应充沛,从而华北多雨.     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

青藏高原地面热源对亚洲季风爆发的热力影响

利用多年NCEP/NCAR再分析全球逐候平均气象场资料和逐旬感热、潜热资料，对亚洲夏季风爆发期间青藏高原及其邻近地区地面加热场的特征进行分析。着重讨论了高原和邻近地区感热加热对亚洲夏季风爆发的影响，具体分析了高原感热加热对亚洲夏季风推进的影响机制，以及对热带低层西风气流的作用。结果发现，中纬度主原的感热加热所造成的经、纬向热力差异是导致亚洲夏季风爆发的原因。亚洲夏季风建立区域和时间的差异与高原感热加热的区域性有关。高原感热加热在南海夏季风爆发前后对南海地区低层西风所流所起的作用不同，在季风爆发前是加速低层西风，在季风爆发后起削弱西风气流的作用。对亚洲夏季风爆发早年和晚年的感热加热进行了对比分析，发现亚洲夏季风爆发时间的年际变化与热源的年际变化有关。     

The East Asian Subtropical Summer Monsoon:Recent Progress

The East Asian subtropical summer monsoon(EASSM) is one component of the East Asian summer monsoon system,and its evolution determines the weather and climate over East China.In the present paper,we firstly demonstrate the formation and advancement of the EASSM rainbelt and its associated circulation and precipitation patterns through reviewing recent studies and our own analysis based on JRA-55(Japanese 55-yr Reanalysis) data and CMAP(CPC Merged Analysis of Precipitation),GPCP(Global Precipitation Climatology Project),and TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) precipitation data.The results show that the rainy season of the EASSM starts over the region to the south of the Yangtze River in early April,with the establishment of strong southerly wind in situ.The EASSM rainfall,which is composed of dominant convective and minor stratiform precipitation,is always accompanied by a frontal system and separated from the tropical summer monsoon system.It moves northward following the onset of the South China Sea summer monsoon.Moreover,the role of the land-sea thermal contrast in the formation and maintenance of the EASSM is illustrated,including in particular the effect of the seasonal transition of the zonal land-sea thermal contrast and the influences from the Tibetan Plateau and midlatitudes.In addition,we reveal a possible reason for the subtropical climate difference between East Asia and East America.Finally,the multi-scale variability of the EASSM and its influential factors are summarized to uncover possible reasons for the intraseasonal,interannual,and interdecadal variability of the EASSM and their importance in climate prediction.     

Variations of the summer Somali and Australia cross-equatorial flows and the implications for the Asian summer monsoon

The temporal variations during 1948-2010 and vertical structures of the summer Somali and Australia cross-equatorial flows(CEFs) and the implications for the Asian summer monsoon were explored in this study.The strongest southerly and northerly CEFs exist at 925 hPa and 150 hPa level,respectively.The low-level Somali(LLS) CEFs were significantly connected with the rainfall in most regions of India(especially the monsoon regions),except in a small area in southwest India.In comparison to the climatology,the lowlevel Australia(LLA) CEFs exhibited stronger variations at interannual time scale and are more closely connected to the East Asian summer monsoon circulation than to the LLS CEFs.The East Asian summer monsoon circulation anomalies related to stronger LLA CEFs were associated with less water vapor content and less rainfall in the region between the middle Yellow River and Yangtze River and with more water vapor and more rainfall in southern China.The sea-surface temperature anomalies east of Australia related to summer LLA CEFs emerge in spring and persist into summer,with implications for the seasonal prediction of summer rainfall in East Asia.The connection between the LLA CEFs and East Asian summer monsoon rainfall may be partly due to its linkage with El Nino-Southern Oscillation.In addition,both the LLA and LLS CEFs exhibited interdecadal shifts in the late 1970s and the late 1990s,consistent with the phase shifts of Pacific Decadal Oscillation(PDO).     

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述.主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化.在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响.青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的.未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应.东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱.这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成.(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡.本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响.对TBO-海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV) TBO和淮河型(HRV) TBO的特征及其形成的循环过程.(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型.它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果.据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常.最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果.     

An Analysis of Interdecadal Variations of the Asian-African Summer Monsoon

The response of the Asian-African summer monsoon(AASM)to the fast global warming in the 1980s is studied based on several datasets,which span a long time period of nearly 100 yr,with two special periods 1980-1985 and 1990-1995 being focused on.Wavelet analyses are employed to explore the interdecadal variations of the AASM.It is found that after the mid-1980s.the global annual mean surface temperature rises more significantly and extensively over most parts of the African Continent,north of the Indian Ocean,and the Eurasian Continent excluding the Tibetan Plateau.Correspondingly,the global precipitation pattern alters with increased rainfall seen over the Sahel and North China in 1990-1995,though it is not recovered to the level of the rainy period before the mid-1960s.Changes of monsoonal circulations between the pre-and post-1980s periods display that,after the fast global warming of the 1980s,the African summer monsoon intensifies distinctly,the Indian summer monsoon weakens a little bit,and the East Asian summer monsoon remains almost unchanged.The summer precipitation over the Asian-African Monsoon Belt(AAMB)does not change in phase coherently with the variations of the monsoonal circulations.Wavelet analyses of the land-sea thermal contrast and precipitation over North China and the Sahel indicate that interdecadal signals are dominant and in positive phases in the 1960s.1eading to an overall enhanced interdecadal variation of the AASM,although the 1960s witnesses a global cooling.In the 1980s,however,in the context of a fast global warming,interdecadal signals are in opposite phases,and they counteract with each other.1cading to a weakened interdecadal variation of the AASM.After the mid-1960s.the AASM weakened remarkably,whereas after the mid-1980s,the AASM as a whole did not strengthen uniformly and synchronously,because it is found that the interannual variations of the AASM in the 1980s are stronger than those in the 1960s,and they superimposed on the counteracting interdecadal signals,causing different regioils of the AAMB behaving differently.Therefore,the response of the AASM to the accelerated global warming post the mid-1980s is not simply out-of-phase with that after the mid-1960s;it may involve more complicated multiscale physical elements.     

东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展

本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明,东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统,它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且,研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化:其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征,并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化,这个变化在华北尤其显著;而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡,从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化,它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关,因而,东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统,即称之为东亚季风气候系统。此外,本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。     

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。